DE102010063682A1

DE102010063682A1 - Schraubanker

Info

Publication number: DE102010063682A1
Application number: DE201010063682
Authority: DE
Inventors: Falk Rosenkranz; Isaiah Freerksen; Ralf Zitzmann
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-06-21
Also published as: WO2012084385A1

Abstract

Ein Schraubanker (10) weist einen Kopf (12) auf, einen Schaft (14) und ein Gewinde (16) am vom Kopf abgewandten Ende des Schafts (14), sowie eine Schneidfeder (18), die zumindest abschnittsweise auf das Gewinde (16) aufgeschraubt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubanker, insbesondere zum Einschrauben in Beton.
Aus dem Stand der Technik sind Schraubanker bekannt, die einen mit einem Gewinde versehenen Schaft aufweisen. Das Gewinde ist dafür vorgesehen, sich in die Wandung einer Bohrung in Beton oder einen vergleichbaren Werkstoff einschneiden, so dass ein Hinterschnitt gebildet ist, über den Lasten unmittelbar (also ohne zwischengeschalteten Dübel oder andere Bauteile) in den Untergrund abgeleitet werden können. Damit das Gewinde des Schraubankers sich zuverlässig in den Beton einschneiden kann, muss die Härte an der Oberfläche des Schraubankers in der Größenordnung von 650 HV oder darüber liegen.
Im Stand der Technik sind insbesondere zwei Verfahren bekannt, um die gewünschte Härte zu erzielen. Bei einem Verfahren wird ein Schraubanker, der aus einem Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt besteht, carbonitriert und abgeschreckt. Auf diese Weise wird die nötige Härte erzielt. Anschließend wird der Schraubanker entspannungsgeglüht, um die beim Abschrecken entstehenden Spannungen zu verringern oder zu beseitigen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das Bor, das im Stahl enthalten ist, eine hohe Härte im Kern hervorruft. Insbesondere ergibt sich im Kern des Schafts eine Härte oberhalb von 330 HV. Diese Härte führt zu einem hohen Risiko von Wasserstoffversprödung.
Bei einem anderen Verfahren wird der Schraubanker, der aus einem Stahl mit niedrigem Kohlstoffgehalt besteht, carbonitriert und abgeschreckt. Dann werden die Rohlinge bei einer vergleichsweise hohen Temperatur geglüht, um die Härte der Schraube im gesamten Schaft auf einen einheitlichen Wert abzusenken. Anschließend wird die Spitze des Ankers induktionsgehärtet und abgeschreckt, um dort die nötige Härte zum Einschneiden des Gewindes in den Beton zu erzielen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es aufgrund des Anlassens des Materials relativ lang dauert und der Aufwand insgesamt relativ hoch ist, da mit dem Induktionshärten ein zusätzlicher Verfahrensschritt nötig ist. Allerdings ist ein solcher Schraubanker wenig anfällig für Wasserstoffversprödung.
Von der Anmelderin ist ein Befestigungssystem bekannt, das unter der Bezeichnung „Coil Anchor” vertrieben wird. Dieses enthält eine Betonschraube und einen Federvorsatz, der auf die Spitze der Betonschraube aufgesetzt wird. Nachdem die Betonschraube mit dem Federvorsatz in eine Bohrung eingesetzt wird, wird die Schraube festgezogen. Dabei wird der Federvorsatz gegen die Wandung der Bohrung gedrückt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Schraubanker zu schaffen, der sich durch geringe Herstellungskosten und hohe Leistungen auszeichnet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Schraubanker mit einem Kopf, einem Schaft und einem Gewinde am vom Kopf abgewandten Ende des Schafts vorgesehen, und mit einer Schneidfeder, die zumindest abschnittsweise auf das Gewinde aufgeschraubt ist. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, den Hinterschnitt eines Schraubankers nicht durch das Gewinde des Schraubankers selbst zu erzeugen, sondern von der Schneidfeder, die sich beim Einschrauben des Schraubankers in die Wandung der Bohrung einschneidet. Dies ermöglicht, nur die Schneidfeder mit der hierfür nötigen Härte auszuführen. Der eigentliche Schraubanker muss keiner Wärmebehandlung unterzogen werden und kann daher aus einem günstigeren Material bestehen kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Gewinde maximal der zweifachen Länge der Schneidfeder entspricht. Es hat sich herausgestellt, dass bereits ein sehr kurzes Gewinde ausreichend ist, um am vorderen Ende des Schraubankers die Schneidfeder aufzunehmen. Hieraus resultieren geringere Herstellungskosten, da nur ein kleiner Teil des Schafts mit dem Gewinde versehen werden muss.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gewinde zur Spitze hin konisch zuläuft. Dies gewährleistet, dass die Schneidfeder beim Einschrauben des Schraubankers aufgespreizt wird und sich dadurch besonders gut in die Wandung der Bohrung einschneiden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schaft aus einem ungehärteten Stahl besteht. Dies verringert das Risiko einer Wasserstoffversprödung.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schneidfeder aus gehärtetem Stahl besteht. Dies führt zu einer sehr hohen Oberflächenhärte, sodass sich die Schneidfeder zuverlässig in die Wandung der Bohrung einschneiden kann und dort den Hinterschnitt ausbildet, der zur Lastübertragung notwendig ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Schneidfeder etwa drei Windungen auf. Diese Ausgestaltung beruht auf der Erkenntnis, dass bereits sehr wenige Windungen der Schneidfeder ausreichen, um die Lasten mit der gewünschten Zuverlässigkeit übertragen zu können.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schneidfeder einen tropfenförmigen Querschnitt hat, wobei die Spitze des tropfenförmigen Querschnitts nach außen weist. Eine solche Querschnittsform hat sich als besonders günstig herausgestellt, da zum einen auf der Innenseite der Schneidfeder ein gleichmäßig abgerundeter Querschnitt zur Verfügung steht, der zu gleichmäßigen Lastübertragung zum Schraubanker hin geeignet ist, und zum anderen auf der Außenseite der Schneidfeder ein vergleichsweise scharfer Querschnitt vergleichbar dem Grat eines Gewindes vorhanden ist, der sich gut in den Untergrund einschneidet, beispielsweise in Beton.
Der tropfenförmige Querschnitt der Schneidfeder kann dabei eine bzgl. einer Symmetrieachse symmetrische Form aufweisen; alternativ ist jedoch auch eine Form möglich, die von der symmetrischen Form abweicht. Bevorzugt, indem die Spitze des tropfenförmigen Querschnitts von der Symmetrieachse weggeneigt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Schraubankers mit Schneidfeder;
2 schematische Querschnitte der Schneidfeder.
In 1 ist ein Schraubanker 10 gezeigt, der einen Kopf 12 und einen Schaft 14 aufweist. Am vom Kopf abgewandten Ende des Schafts 14 ist ein Gewinde 16 vorgesehen, welches eingängig ausgebildet ist und bei dem jeder Gewindegang, im Querschnitt betrachtet, eine kreisabschnittsförmige Gestalt hat. Das vom Kopf abgewandte Ende des Schafts 14 ist konisch ausgeführt, sodass sich das Gewinde 16 vom konischen Abschnitt bis auf den zylindrischen Teil des Schafts 14 erstreckt. Wie in 1 zu sehen ist, befindet sich das Gewinde 16 dabei zum größten Teil auf dem konischen Abschnitt des Schafts, und das Gewinde insgesamt ist kürzer als die Gesamtlänge des Schafts. Insbesondere erstreckt sich das Gewinde 16 über weniger als die Hälfte des Schafts 14.
Am Schraubanker 10 ist eine Schneidfeder 18 angeordnet, die von ihrem Aufbau einer zylindrischen Schraubenfeder ähnelt. Die Schneidfeder 18 ist sehr viel kürzer als der Schaft des Schraubankers 10 und insbesondere kürzer als das Gewinde 16. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Schneidfeder 18 drei Windungen auf, während das Gewinde 16 etwa sechs Gewindegänge aufweist.
Die Schneidfeder 18 weist einen tropfenförmigen Querschnitt auf, wobei die Spitze des tropfenförmigen Querschnitts nach außen weist. Somit befindet sich auf der Innenseite jeder Windung eine kreisabschnittsförmige Fläche, deren Abmessungen an die Abmessungen der Gewindegänge des Gewindes 16 angepasst sind. Der Innendurchmesser der Schneidfeder 18 ist dabei so gewählt, dass die Schneidfeder 18 ein bis zwei Gewindegänge auf das Gewinde 16 aufgeschraubt werden kann, es anschließend jedoch zu einem leichten Verklemmen kommt.
Der Schraubbolzen 10 besteht vorzugsweise aus kaltverformbarem Stahl und ist durch mechanisches Umformen hergestellt. Das Gewinde 16 ist dabei gewalzt. Eine Wärmebehandlung ist nicht erforderlich. Die Schneidfeder 18 besteht dagegen aus einem gut härtbaren nichtrostenden Stahl und ist gehärtet, so dass ihre Oberfläche die nötige Oberflächenhärte zum Einschneiden in Beton oder einen ähnlichen Untergrund aufweist. Geeignete Härtewerte liegen in der Größenordnung von 600 HV. Möglich ist aber auch die Verwendung von galvanisch verzinktem C-Stahl.
In 2 ist die Schraubfeder 18 in verschiedenen Ausführungsformen gezeigt. So zeigen die 2a) und b) den Querschnitt einer Schneidfeder 18 mit einer bzgl der Symmetrieachse 22 symmetrischen Geometrie, wobei die Spitze in 2a) konkav und in 2b) konvex ausgebildet ist. Im Gegensatz hierzu zeigt 2c) eine Schneidfeder 18, bei der der Querschnitt eine von der symmetrischen Form abweichende Geometrie aufweist. Somit liegt die Spitze der Feder nicht mehr auf der Symmetrieachse 22.
Im Ausgangszustand, wie er in 1 gezeigt ist, kann der Schraubanker 10 mit an seiner Spitze angeordneter Schneidfeder 18 in ein hier schematisch gezeigtes Bohrloch 20 eingeschoben werden. Wenn dann im Inneren des Bohrlochs 20 der Schraubanker 10 gedreht wird, schraubt sich die Schneidfeder 18 auf das Gewinde 16 auf. Dabei wird sie gegen den Beton verspannt. Aufgrund der Reibung zwischen der Schneidfeder 18 und der Wandung des Bohrlochs 20 verbleibt die Schneidfeder 18 zunächst in ihrer Position, so dass der Schraubanker 10 in die Schneidfeder 18 eingeschraubt wird. Erst wenn die Schneidfeder 18 eine bestimmte Strecke auf das Gewinde 16 aufgeschraubt ist, erreicht sie einen Punkt, an welchem sie vom Gewinde 16 am weiteren Aufschrauben gehindert wird. Ab diesem Zeitpunkt dreht sich die Schneidfeder 18 beim weiteren Einschrauben des Schraubbolzens 10 gemeinsam mit diesem, sodass sich die nun aufgeweitete und gegen den Beton verspannte Schneidfeder 18 in die Wandung des Bohrlochs 20 einschneidet und dort ein Gegengewinde mit starkem Hinterschnitt bildet.
Der beschriebene Schraubanker ermöglicht hohe Traglasten auch in gerissenem Beton, da die Lasten mit einem ausgeprägten Hinterschnitt sehr tief im Bohrloch übertragen werden. Ein solcher Hinterschnitt kann mit einer herkömmlichen Betonschraube nicht erzielt werden, da eine solche Betonschraube, deren Außendurchmesser sehr groß im Verhältnis zum Bohrloch sein müsste, am Bohrlochmund nicht anschneiden würde. Außerdem wäre eine solche Betonschraube mit einem derart großen Verhältnis von Außendurchmesser zu Kerndurchmesser wirtschaftlich nicht herstellbar. Dagegen ist der beschriebene Schraubanker mit Schneidfeder mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellbar, da nur die Schneidfeder 18 einer Wärmebehandlung ausgesetzt werden muss. Der Schraubanker 10 dagegen kann durch herkömmliches Kaltverformen hergestellt werden. Hieraus resultiert auch, dass es kein Risiko von Wasserstoffversprödung im Schaftbereich des Schraubankers gibt, da dieser nicht gehärtet ist.

Claims

Schraubanker (10) mit einem Kopf (12), einem Schaft (14) und einem Gewinde (16) am vom Kopf abgewandten Ende des Schafts (14), und einer Schneidfeder (18), die zumindest abschnittsweise auf das Gewinde (16) aufgeschraubt ist.
Schraubanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (16) maximal der zweifachen Länge der Schneidfeder (18) entspricht.
Schraubanker nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (16) zur Spitze hin konisch zuläuft.
Schraubanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (14) aus einem ungehärteten Stahl besteht.
Schraubanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidfeder (18) aus gehärtetem Stahl besteht.
Schraubanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidfeder (18) etwa drei Windungen aufweist.
Schraubanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidfeder (18) einen tropfenförmigen Querschnitt hat, wobei die Spitze des tropfenförmigen Querschnitts nach außen weist.